신경과
자율신경계 총론
작성자 닥터코리아 조회수 3272
자율신경계 총론
신경계의 원심성 부분은 의식에 의해 지배를 받는 자율(autonomic)신경계와 그렇지 않은 체성(somatic)신경계로 구분된다. 자율신경계는 심박출, 혈류량, 내장 등의 기능을 조절하고 체성신경계는 호흡, 운동,자세 등을 조절한다. 이 때 신경세포간의 신경전달은 신경말단에서 접합열로의 신경전달물질의 확산에 의해 시냅스 후부로 전달된다.(paracrine and autocrine) 여러 약물은 이들의 작용을 촉진 혹은 억제할 수 있고 이는 임상적으로 매우 중요하다.
자율신경계는 해부학적 기원에 따라 교감신경계와 부교감신경계로 나뉠 수 있다. 해부학적으로 자율신경계는 중추신경의 신경핵에서 시작하여 뇌간과 척수의 신경절전 원심성 섬유를 형성하고 운동신경막에서 끝이 난다. 교감신경계의 preganglionic neuron은 흉요부(thoracolumbar, 흉부 1-12, 요부 1-3)에 위치하고 있고 sacral outflow의 경우를 제외하고는 spinal cord의 양측에 병렬로 chain을 형성하고 (paravetebral ganglionic chain) 있다. 또한 교감신경은 하나의 절전섬유가 여러 개의 절후섬유로 이어져 반응이 확산적이며 두 섬유의 길이도 비슷하다.
부교감신경계는 craniosacral portion에서 기원하고 3,7,9,10번 뇌신경과 3,4번 천추의 척수근에서 나온다. 모양체 신경절, 악돌구개신경절, 악하신경절, 귀신경절 및 골반신경절을 제외하고는 대부분 신경전 세포나 장기 벽 망상조직에 있는 신경절에서 끝이 난다. 또한 절전섬유가 절후 섬유보다 길다. 장신경계(enteric nerve system)는 때로는 자율신경계의 제 3의 신경으로 분류되기도 하며 위장관 벽의 크고 조직화된 신경세포의 집단이다. Auerbach plexus와 Meisser plexus를 포함하며 많은 신경물질과 신경조절인자를 가질 것으로 생각된다.
자율신경은 말단에서 유리되는 물질에 따라 콜린성 신경섬유와 아드레날린성 신경섬유로 분류된다. 콜린성 신경섬유는 중추신경의 원심성 신경섬유, 자율신경의 원심성 신경절전섬유, 체신경의 운동신경섬유를 포함하고 아세틸콜린을 합성, 유리한다. 아드레날린성 신경섬유는 대부분의 교감신경 절후섬유를 포함하고 노르아드레날린 혹은 아드레날린을 분비한다. 그러나 예외적으로 한선 등은 콜린성 섬유의 지배를 받고, 발생학적으로 신경절과 유사한 부신수질은 에피네프린과 노르에피네프린의 혼합물을 유리한다.
콜린성 신경섬유 말단에는 다수의 작은 소포와 소수의 큰 소포가 있는데 작은 소포들은 아세틸콜린을 함유하며 synapse 부위에 집중되어 있고 큰 소포는 펩타이드를 함유하며 신경접합부로부터 약간 떨어져 있다, 먼져 아세틸콜린이 합성되는데 이는 세포 외에 있다가 sodium-dependent membrane carrier에 의해 cytoplasm으로 이동하는 choline과 mitochondria에서 합성되는 acetyl-coA가 결합하여 합성된다, 이 과정은 choline acetyl transferase(CAT)에 의해 촉진되고 hemicholinium에 의해 차단된다.
합성된 acetylcholine은 효소에 의한 분해로부터 보호하기 위해 소포내로 이동하고 antiporter(carrier B)에 의한다. 이 과정은 vesamicol에 의해 억제될 수 있다. 이후 Ca2+의 유입에 의해 소포막과 신경말단의 융합이 일어나 acetylcholine의 유리가 일어난다. Ca2+의 농도 증가는 synaptotagmin과 상호작용에 의해 소포를 불안정화하기 때문으로 추측된다. 세포막과의 융합은 synaptobrevin과 SNAP-25와 syntaxin 등의 단백질 상호작용에 의해 일어난다. 이 과정은 botulinium toxin, black widow spider venom에 의해 차단 혹은 촉진된다. 이 때 한가지 이상의 cotransmitter가 유리될 수도 있다. 유리된 acetylcholine은 표적세포의 시냅스 후막, 혹은 신경막의 시냅스 전막 수용체와 결합하고 신속하게 acetylcholine esterase에 의해 choline과 acetate로 가수분해된다. 이는 neostigmine, physostigmine 등의 약물에 의해 억제될 수 있다. 분리된 choline은 재활용된다.
교감신경성 신경세포들도 전구물질을 신경말단으로 운반하고 신경전달물질을 합성하여 소포 내에 저장한다. norepinephrine의 합성은 tyrosine이 Na+-linked carrier protein에 의해 유입되어 이루어진다. tyrosine은 tyrosine hydroxylase(THE)에 의해 l-DOPA로 전환되고 이 단계가 합성 속도 결정단계이다. l-DOPA는 aromatic-l-amino acid decarboxylase에 의하고 pyridoxal phosphate에 의해 dopamine을 합성하고 이는 다시 dopamine β-hydroxylase에 의해 norepinephrine이 된다. 부신 수질에서는 norepinephrine이 N-methyltransferase에 의해 epinephrine으로 85% 정도가 변환된다. 이 과정에서 α-methyltyrosine은 THE를 억제할 수 있고 methyldopa는 false transmitter로 methyl norepinephrine을 합성하게 한다.
합성된 norepinephrine은 효소에 의해 파괴되는것으로부터 보호하기 위해 소포로 들어가고 이 과정은 reserpine에 의해 차단될 수 있다. 그후 norepinephrine이 Ca2+의 농도 증가에 의해 유리되는데 이 과정은 guanethidine 및 bretylium에 의해 차단되고 tyramine, amphetamine 등은 유리를 촉진한다. 유리된 norepinephrine은 수용체에 결합하고, catechol-O-methyl transferase(COMT)에 의해 분해되거나 norepinephrine transporter(NET, 혹은 carrier 1)에 의해 다시 수송된다. 이 수송 과정은 imipramine 등의 삼환계 항우울약에 의해 억제될 수 있다.
cotransmitter에는 calcitonin gene-related peptide, cholestokinin, enkephalin, galainin, gastrin-releasing peptide, neuropeptide Y, nitric oxide, substance P, vasoactive intestinal peptide 등이 있다. 이들의 역할은 알려진 바가 적으나 feedback inhibition, 신경전달물질의 일시적 효과의 변형 및 보완 등의 기능을 할 것으로 생각된다.
시냅스 전막에서는 negative feed back 조절이 일어난다. 이는 α2 수용체에 의해 이루어지는데 norepinephrinep 의해 활성화되어 신경말단에서의 norepinephrine의 유리를 억제한다. 반면 시냅스 전막의 β 수용체는 norepinephrine의 유리를 촉진한다. 이러한 시냅스 수용체를 autoreceptor라고 하며 일반적으로 억제적 기능을 하지만 체성운동신경 등에서는 acetylcholine에 대한 흥분성의 자가수용체가 있을 수 있다. 또한 신경말단에서 유리된 전달 물질 이외의 물질에 반응하는 heteroreceptor가 있다.
시냅스 후 조절은 수용체의 기능이 증가 혹은 감소되는 기전과 수용체의 변형에 의한 것이 있다. 수용체의 증가는 어느 조직의 신경 전달시 활성물질에 대한 수용체 조직의 denervation supersensitivity로 인해 일어난다. 예를 들어 골격근 체신경 종판에는 니코틴 수용체가 있는데 신경을 절단하면 니코틴성 수용체가 증가한다. 이는 신경전달물질의 고갈 혹은 충분한 시간 동안 시냅스 후 수용체의 활성을 억제시 일어난다.
자율신경계 기능을 약리학적으로 조절하고자 할 때의 표적부위는 다양하다. 활동 전위의 전진 ,신경전달물질의 합성 단계의 효소 및 기질, 신경물질의 전달, 신경물질의 유리와 재흡수, 수용체의 효능제 혹은 길항제, 신경전달물질의 분해 등 여러 가지가 될 수 있다. 각각의 기전에 따라 특이성을 나타낼 수도 있고 아닐 수도 있다. effector organ의 활성화 및 차단은 효과에 선택성을 부여할 수 있고 약물의 선택성은 원하는 효과만을 얻기 위해 중요하다.
신경계의 원심성 부분은 의식에 의해 지배를 받는 자율(autonomic)신경계와 그렇지 않은 체성(somatic)신경계로 구분된다. 자율신경계는 심박출, 혈류량, 내장 등의 기능을 조절하고 체성신경계는 호흡, 운동,자세 등을 조절한다. 이 때 신경세포간의 신경전달은 신경말단에서 접합열로의 신경전달물질의 확산에 의해 시냅스 후부로 전달된다.(paracrine and autocrine) 여러 약물은 이들의 작용을 촉진 혹은 억제할 수 있고 이는 임상적으로 매우 중요하다.
자율신경계는 해부학적 기원에 따라 교감신경계와 부교감신경계로 나뉠 수 있다. 해부학적으로 자율신경계는 중추신경의 신경핵에서 시작하여 뇌간과 척수의 신경절전 원심성 섬유를 형성하고 운동신경막에서 끝이 난다. 교감신경계의 preganglionic neuron은 흉요부(thoracolumbar, 흉부 1-12, 요부 1-3)에 위치하고 있고 sacral outflow의 경우를 제외하고는 spinal cord의 양측에 병렬로 chain을 형성하고 (paravetebral ganglionic chain) 있다. 또한 교감신경은 하나의 절전섬유가 여러 개의 절후섬유로 이어져 반응이 확산적이며 두 섬유의 길이도 비슷하다.
부교감신경계는 craniosacral portion에서 기원하고 3,7,9,10번 뇌신경과 3,4번 천추의 척수근에서 나온다. 모양체 신경절, 악돌구개신경절, 악하신경절, 귀신경절 및 골반신경절을 제외하고는 대부분 신경전 세포나 장기 벽 망상조직에 있는 신경절에서 끝이 난다. 또한 절전섬유가 절후 섬유보다 길다. 장신경계(enteric nerve system)는 때로는 자율신경계의 제 3의 신경으로 분류되기도 하며 위장관 벽의 크고 조직화된 신경세포의 집단이다. Auerbach plexus와 Meisser plexus를 포함하며 많은 신경물질과 신경조절인자를 가질 것으로 생각된다.
자율신경은 말단에서 유리되는 물질에 따라 콜린성 신경섬유와 아드레날린성 신경섬유로 분류된다. 콜린성 신경섬유는 중추신경의 원심성 신경섬유, 자율신경의 원심성 신경절전섬유, 체신경의 운동신경섬유를 포함하고 아세틸콜린을 합성, 유리한다. 아드레날린성 신경섬유는 대부분의 교감신경 절후섬유를 포함하고 노르아드레날린 혹은 아드레날린을 분비한다. 그러나 예외적으로 한선 등은 콜린성 섬유의 지배를 받고, 발생학적으로 신경절과 유사한 부신수질은 에피네프린과 노르에피네프린의 혼합물을 유리한다.
콜린성 신경섬유 말단에는 다수의 작은 소포와 소수의 큰 소포가 있는데 작은 소포들은 아세틸콜린을 함유하며 synapse 부위에 집중되어 있고 큰 소포는 펩타이드를 함유하며 신경접합부로부터 약간 떨어져 있다, 먼져 아세틸콜린이 합성되는데 이는 세포 외에 있다가 sodium-dependent membrane carrier에 의해 cytoplasm으로 이동하는 choline과 mitochondria에서 합성되는 acetyl-coA가 결합하여 합성된다, 이 과정은 choline acetyl transferase(CAT)에 의해 촉진되고 hemicholinium에 의해 차단된다.
합성된 acetylcholine은 효소에 의한 분해로부터 보호하기 위해 소포내로 이동하고 antiporter(carrier B)에 의한다. 이 과정은 vesamicol에 의해 억제될 수 있다. 이후 Ca2+의 유입에 의해 소포막과 신경말단의 융합이 일어나 acetylcholine의 유리가 일어난다. Ca2+의 농도 증가는 synaptotagmin과 상호작용에 의해 소포를 불안정화하기 때문으로 추측된다. 세포막과의 융합은 synaptobrevin과 SNAP-25와 syntaxin 등의 단백질 상호작용에 의해 일어난다. 이 과정은 botulinium toxin, black widow spider venom에 의해 차단 혹은 촉진된다. 이 때 한가지 이상의 cotransmitter가 유리될 수도 있다. 유리된 acetylcholine은 표적세포의 시냅스 후막, 혹은 신경막의 시냅스 전막 수용체와 결합하고 신속하게 acetylcholine esterase에 의해 choline과 acetate로 가수분해된다. 이는 neostigmine, physostigmine 등의 약물에 의해 억제될 수 있다. 분리된 choline은 재활용된다.
교감신경성 신경세포들도 전구물질을 신경말단으로 운반하고 신경전달물질을 합성하여 소포 내에 저장한다. norepinephrine의 합성은 tyrosine이 Na+-linked carrier protein에 의해 유입되어 이루어진다. tyrosine은 tyrosine hydroxylase(THE)에 의해 l-DOPA로 전환되고 이 단계가 합성 속도 결정단계이다. l-DOPA는 aromatic-l-amino acid decarboxylase에 의하고 pyridoxal phosphate에 의해 dopamine을 합성하고 이는 다시 dopamine β-hydroxylase에 의해 norepinephrine이 된다. 부신 수질에서는 norepinephrine이 N-methyltransferase에 의해 epinephrine으로 85% 정도가 변환된다. 이 과정에서 α-methyltyrosine은 THE를 억제할 수 있고 methyldopa는 false transmitter로 methyl norepinephrine을 합성하게 한다.
합성된 norepinephrine은 효소에 의해 파괴되는것으로부터 보호하기 위해 소포로 들어가고 이 과정은 reserpine에 의해 차단될 수 있다. 그후 norepinephrine이 Ca2+의 농도 증가에 의해 유리되는데 이 과정은 guanethidine 및 bretylium에 의해 차단되고 tyramine, amphetamine 등은 유리를 촉진한다. 유리된 norepinephrine은 수용체에 결합하고, catechol-O-methyl transferase(COMT)에 의해 분해되거나 norepinephrine transporter(NET, 혹은 carrier 1)에 의해 다시 수송된다. 이 수송 과정은 imipramine 등의 삼환계 항우울약에 의해 억제될 수 있다.
cotransmitter에는 calcitonin gene-related peptide, cholestokinin, enkephalin, galainin, gastrin-releasing peptide, neuropeptide Y, nitric oxide, substance P, vasoactive intestinal peptide 등이 있다. 이들의 역할은 알려진 바가 적으나 feedback inhibition, 신경전달물질의 일시적 효과의 변형 및 보완 등의 기능을 할 것으로 생각된다.
시냅스 전막에서는 negative feed back 조절이 일어난다. 이는 α2 수용체에 의해 이루어지는데 norepinephrinep 의해 활성화되어 신경말단에서의 norepinephrine의 유리를 억제한다. 반면 시냅스 전막의 β 수용체는 norepinephrine의 유리를 촉진한다. 이러한 시냅스 수용체를 autoreceptor라고 하며 일반적으로 억제적 기능을 하지만 체성운동신경 등에서는 acetylcholine에 대한 흥분성의 자가수용체가 있을 수 있다. 또한 신경말단에서 유리된 전달 물질 이외의 물질에 반응하는 heteroreceptor가 있다.
시냅스 후 조절은 수용체의 기능이 증가 혹은 감소되는 기전과 수용체의 변형에 의한 것이 있다. 수용체의 증가는 어느 조직의 신경 전달시 활성물질에 대한 수용체 조직의 denervation supersensitivity로 인해 일어난다. 예를 들어 골격근 체신경 종판에는 니코틴 수용체가 있는데 신경을 절단하면 니코틴성 수용체가 증가한다. 이는 신경전달물질의 고갈 혹은 충분한 시간 동안 시냅스 후 수용체의 활성을 억제시 일어난다.
자율신경계 기능을 약리학적으로 조절하고자 할 때의 표적부위는 다양하다. 활동 전위의 전진 ,신경전달물질의 합성 단계의 효소 및 기질, 신경물질의 전달, 신경물질의 유리와 재흡수, 수용체의 효능제 혹은 길항제, 신경전달물질의 분해 등 여러 가지가 될 수 있다. 각각의 기전에 따라 특이성을 나타낼 수도 있고 아닐 수도 있다. effector organ의 활성화 및 차단은 효과에 선택성을 부여할 수 있고 약물의 선택성은 원하는 효과만을 얻기 위해 중요하다.
